Фамилия Твердина — женская форма, но в русской традиции в быту и документах она закрепилась как неизменяемая, поэтому её носительницами чаще всего оказываются женщины. Мужской вариант — Твердин. В основе фамилии лежит прозвище или нецерковное имя Тверда, Твердой. В древнерусском языке слово «твердый» означало не только «крепкий, прочный», но и «стойкий, непоколебимый, надёжный». Так могли назвать человека с твёрдым характером, упрямого, верного своему слову — качество, которое в крестьянской и служилой среде ценилось высоко.

Суффикс -ин указывает на принадлежность: Твердина — буквально «дочь или жена Тверды». Это одна из самых распространённых моделей образования русских фамилий (как Пушкин, Гагарин, Бородин), идущая от притяжательных прилагательных. Важно не путать фамилию с названием жительницы Твери — тверитянка или тверичка, хотя в просторечии в XIX веке могли сказать «твердина» в значении «женщина из Твери». Однако фамилия Твердина, скорее всего, к этому отношения не имеет: она образована от личного прозвища, а не от топонима.

Встречается фамилия в разных регионах, но заметно чаще — на северо-западе России, в бывших новгородских и псковских землях, где прозвища с корнем «тверд-» были особенно распространены. В документах XVII века упоминаются крестьяне Твердины в Олонецком уезде и посадские люди в Новгороде. Среди однокоренных фамилий — Твердов, Твердой, Твердяков, Твердышев. Последняя, кстати, принадлежала известным уральским заводчикам XVIII века, что косвенно подтверждает: корень «тверд-» в русской антропонимии всегда связывался с положительной характеристикой человека.